CN105080812A - 一种基于led的uv固化光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于LED的UV固化光学系统，可用于紫外固化涂料、油漆、油墨、胶粘剂或其它灌封密封剂等。该发明采用紫外LED作为照明光源。利用一对准直镜压缩发光二极管的光束发散角,一对蝇眼透镜实现照明光场的均匀化,聚光镜进行能量的收集，从而实现其对粘接面的均匀照明和粘接。可进行多个单元的组合以满足不同粘接尺寸和粘接对象的要求。

Description

一种基于LED的UV固化光学系统

技术领域FieldofInvention

本专利发明了一种基于LED的UV固化光学系统，可用于紫外固化涂料、油漆、油墨、胶粘剂或其它灌封密封剂等。本发明涉及光学元件。特别是一种光学固化系统。本发明利用常规光学元件提供快速、均匀地紫外粘接。

背景技术Backgroundoftheinvention

本专利发明了一种基于LED的UV固化光学系统，可用于紫外固化涂料、油漆、油墨、胶粘剂或其它灌封密封剂等。UV固化与传统固化方式相比具有立即干燥、低运行成本、提高品质、减少存储空间、清洁高效等优点。传统的UV固化主要采用汞灯作为光源。

传统的汞灯固化系统，其汞灯寿命只有800-3000小时。且汞灯启动慢、开闭影响灯泡寿命，必须一直点亮，不仅造成不必要的电力消耗而且缩短了汞灯的工作寿命。汞灯方式固化一般会使被照射产品表面升高60-90℃，使产品的定位发生位移，造成产品质量变差。另外，汞灯灯泡内有水银，废品处理、运输非常麻烦，处理不当会对环境产生严重污染。汞灯固化方式在增加照射通道时会造成单个照射通道的输出能量减少。由此可见，汞灯固化系统无论从成本、环保、节能等方面都不是最佳选择。

UVLED紫外固化系统的使用寿命达到20000-30000小时，其使用寿命相当于汞灯方式的30-40倍。同时，LED方式仅需要瞬时点亮，提高了生产效率，且非常节能。UVLED没有红外线发出，被照射产品表面温升在5℃以下。采用半导体发光，对环境无污染。另外，采用LED式的照射，各个照射头独立发光，照射能量不受通道增加的影响，始终保持在最大值。因此，LED在UV固化领域相对汞灯而言有巨大优势。

采用紫外LED固化的一些系统，设计中往往使用反光碗或两片式透镜进行光源准直，没有匀光机构。出射光斑均匀性较差，使得粘接部位光强不一致，造成粘接应力大，粘接面变形、产品不良率高等问题。

发明内容Summaryoftheinvention

鉴于传统系统存在的缺陷，当前发明提供了一种基于LED照明、光场均匀的UV固化光学系统。该发明采用高功率UVLED作为照明光源。利用一对准直透镜压缩发光二极管的光束发散角,一对蝇眼透镜实现均匀的照明光场,聚光镜进行能量的收集，从而实现其对粘接面的均匀照明和粘接。可进行多个单元的组合以满足不同粘接尺寸和粘接对象的要求。

本发明的技术解决方案如下：

如附图1所示，该光学系统主要由高功率UVLED1、前准直透镜2、后准直透镜3、前蝇眼透镜4、后蝇眼透镜5及聚焦透镜6组成。如附图2所示，该系统还可进行有机组合，以满足不同粘接尺寸和粘接对象的要求。类似的，图2为7个单元的组合。

由附图1可见，系统使用高功率UVLED1作为光源，从LED1发出的光经过前准直透镜2和后准直透镜3进行准直。在实际应用中，由于LED1为面光源，通过两个准直透镜后，光束的发散角被压缩。通过准直透镜的光束，近似平行地投射到蝇眼透镜对4、5上。系统采用双排蝇眼透镜阵列。前蝇眼透镜4是由多个不尽相同的矩形透镜组成,后蝇眼透镜5由多个相同的矩形透镜组成,矩形透镜的数量与前蝇眼透镜4相同,并与前蝇眼透镜4上的矩形透镜一一对应。两组蝇眼透镜的间隔等于第一组透镜4中透镜元的焦距，光束通过第一排蝇眼透镜4的每个小透镜成像到第二组蝇眼透镜5上，在第二组透镜阵列5上形成多个光束像，后面的聚光透镜6将多个光束像叠加后均匀地照射在粘接面7上。

由于整个宽光束被分为多个细光束照明，而每个细光束的均匀性必然大于整个宽光束范围内的均匀性，又因为对称位置细光束的相互叠加，使细光束的细微不均匀性又能获得进一步的补偿，这样粘接面7上的每一个点都可以得到来自每个细光束的照明,这样就实现了所谓的光积分。因而采用双排蝇眼透镜阵列可使整个孔径内的光能更均匀更有效地利用。

附图说明：Briefdescriptionofthedrawings

图1为基于LED的UV固化光学系统结构图；

图2为多个单元组合机构图；

图3为方形蝇眼透镜示意图。

具体实施方式Detaileddescriptionofembodimentsoftheinvention

本专利发明了一种基于LED的UV固化光学系统，可用于紫外固化涂料、油漆、油墨、胶粘剂或其它灌封密封剂等。该发明采用紫外LED作为照明光源。利用一对准直镜压缩发光二极管的光束发散角,一对蝇眼透镜实现照明光场的均匀化,聚光镜进行能量的收集，从而实现其对粘接面的均匀照明和粘接。可进行多个单元的组合以满足不同粘接尺寸和粘接对象的要求。

具体实施方式见附图1、2。其余各种结构的实施方式与此类似。

由图1可见，系统使用高功率UVLED1作为光源，从LED1发出的光经过前准直透镜2和后准直透镜3进行准直。通过准直透镜2、3的光束，近似平行地投射到蝇眼透镜对4、5上。蝇眼透镜4的位置离准直透镜3尽可能近一些。

第一列蝇眼透镜阵列4中各个小单元透镜的焦点与第二列的蝇眼透镜阵列5中对应的小单元透镜的中心重合，两列蝇眼透镜4、5光轴相互平行。UVLED1发出的光束通过准直镜后2、3,被前蝇眼透镜4分割为多个细光束,并会聚到后蝇眼透镜5上相应的矩形透镜附近。蝇眼透镜4、5由m×n个不尽相同的矩形透镜组成,m、n既可以是奇数、也可以是偶数,矩形透镜的数量取决于粘接面对光场均匀性的要求。为充分发挥蝇眼透镜阵列的匀光化作用，应选择适当的小透镜数目。透镜个数过少，失去了利用小透镜将宽光束分裂为细光束的作用。个数增加能改善高斯光束的照明均匀性，但个数的增多使加工的成本和难度增加，同时由于透镜组间边缘并不无限平滑以及照明系统本身的像差，透镜组数增多，并不能使照明均匀性获得更进一步的提高。因此，应当综合考虑聚光镜、光源的发光特性和照明均匀性的指标来确定小透镜的数目。

蝇眼透镜阵列4、5不但提供粘接面均匀照明功能，还要实现将光源的圆光斑输出转化为矩形光斑。因而小透镜的长宽比要与粘接面的长宽比例相同。

另外，由于UVLED1的输出波段通常在紫外区域，在光学系统材料的选择上，尽量采用在紫外波段透过率高的材料，比如石英。为了确保光源能量被最大程度地利用，每片透镜都需采用双面镀增透膜加保护的形式。

本固化系统与传统系统相比，采用了寿命长、无污染、效率高、成本低的UVLED为固化光源。使用蝇眼透镜对对光束进行匀化及光斑整形，使得粘接面照射光斑均匀。并采用紫外波段透过率高的光学材料，作镀膜处理，提高了光源能量的利用率。另外，可进行多个单元的组合从而满足不同粘接尺寸和粘接对象的要求。

Claims (10)

1.该发明设计了一种基于LED的UV固化光学系统，可用于紫外固化涂料、油漆、油墨、胶粘剂或其它灌封密封剂等；该发明采用紫外LED作为照明光源；利用一对准直镜压缩发光二极管的光束发散角,一对蝇眼透镜实现照明光场的均匀化,聚光镜进行能量的收集，从而实现其对粘接面的均匀照明和粘接；可进行多个单元的组合以满足不同粘接尺寸和粘接对象的要求。

2.根据权利要求1所述的光学系统：该系统可以单独工作，也可以组合工作。

3.根据权利要求1所述的光学系统：蝇眼透镜由m×n个小透镜组成，m、n可以是奇数，也可以是偶数。

4.根据权利要求1所述的光学系统：光学元件材料可以使用普通玻璃，也可以使用石英。

5.根据权利要求1所述的光学系统：系统元件可以镀增透膜，也可以不镀膜。

6.根据权利要求1所述的光学系统：UVLED的发散角是任意的。

7.根据权利要求1所述的光学系统：蝇眼透镜阵列小透镜的形状可以是方形，也可以是圆形。

8.根据权利要求1所述的光学系统：固化系统可以从上方照射粘接面，也可以从其他角度照射粘接面。

9.根据权利要求1所述的光学系统：蝇眼透镜还可以更换为其他匀光装置。

10.根据权利要求1所述的光学系统:蝇眼透镜可以是一对也可以是一个。